(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、
前記軸部から放射状に延びる複数の羽根部と、を備え、
前記軸部は、中実の円柱状の主軸本体を有する主軸部と、この主軸部に連続し各前記羽根部を固定する羽根固定部と、を含み、
前記羽根固定部は、前記軸部の軸方向に延びる円筒部を有し、
前記円筒部の孔部は、前記軸部の一端面に開放されており、
各前記羽根部は、前記円筒部に連続する根元部を有し、
前記円筒部の厚みは、前記根元部の厚みの７５％〜１２５％の範囲に設定されており、
各前記羽根部は、前記軸部の前記一端面に連続する一縁部と、この一縁部とは前記軸方向に離隔して配置された他縁部と、を有し、
前記他縁部と前記孔部との最短距離は、前記軸部のうち前記羽根固定部に隣接する前記主軸本体の半径以上に設定されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置用の撹拌ファンであって、
前記羽根固定部と各前記羽根部とは、鋳造又は溶接によって互いに一体に形成されていることを特徴とする、熱処理装置用の撹拌ファン。
【請求項３】
被処理品を熱処理するための処理室と、
前記処理室に配置された、請求項１又は請求項２に記載の撹拌ファンと、
を備えていることを特徴とする、熱処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱処理装置であって、
前記処理室内に配置され、被処理品を受けるための受け部を更に備え、
前記撹拌ファンは、前記円筒部と前記受け部とが向かい合う姿勢で配置されていることを特徴とする、熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置用の撹拌ファン、及びこれを備える熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱処理炉用の撹拌部材としてのファンが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のファンは、数百度程度の高温のガスを、撹拌するために用いられる。このファンは、羽根車と、この羽根車を下端部に取り付けた回転軸と、回転軸を支持する軸受と、を有している。羽根車は、回転軸に固定されたボスと、ボスの外周部に結合された複数の羽根と、を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９１９７８号公報（［０００６］、［０００７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファンは、十分な風量を確保するために、高速で回転する必要がある。このため、この高速回転動作に起因して、ファンに異常振動が生じないようにする必要がある。そこで、通常、ファンの重量バランスが調整される。これにより、ファンの回転時の異常振動は、抑制される。これにより、ファンに作用する負荷を小さくでき、その結果、ファンの寿命を、より長くできる。
【０００５】
ところで、熱処理炉においては、予め高温に加熱されたファンの近傍に、常温の部品を配置し、この状態から、部品をヒータで加熱することがある。この場合、部品は、ヒータによって加熱されるまでの間、低温である。このため、ファンは、部品の周囲からの冷気を受ける。このため、ファンの表面の温度は、冷気によって急激に低下する。一方、ファンの内部の温度は、急激には低下しない。その結果、ファンにおける温度勾配、特に羽根の根元とボスとの間の温度勾配が過度に大きくなってしまう。これにより、ファンの羽根には、大きな熱応力が生じる。部品の加熱処理が繰り返し行われると、ファンの羽根には、大きな熱応力が繰り返し作用することとなり、ファンにクラック等の異常が生じてしまう。即ち、ファンが早期に寿命を迎えてしまう。
【０００６】
ここで、羽根の厚みを大きくすることで、羽根の強度を向上することが考えられる。この場合、羽根に生じる熱応力を小さくできる。しかしながら、このような構成では、ファンの質量が大きくなり、回転軸を支える軸受に大きな負荷が作用する。このため、ファン自体の寿命は延びるけれども、ファンを支持する部材の寿命は、低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理装置用の撹拌ファンにおいて、寿命をより長くでき、且つ、軽量化を達成できるようにすることを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置用の撹拌ファンは、軸部と、前記軸部から放射状に延びる複数の羽根部と、を備える。前記軸部は、中実の円柱状の主軸本体を有する主軸部と、この主軸部に連続し各前記羽根部を固定する羽根固定部と、を含む。前記羽根固定部は、前記軸部の軸方向に延びる円筒部を有する。前記円筒部の孔部は、前記軸部の一端面に開放されている。各前記羽根部は、前記円筒部に連続する根元部を有している。前記円筒部の厚みは、前記根元部の厚みの７５％〜１２５％の範囲に設定されている。
【０００９】
この構成によると、羽根固定部に、円筒部を形成している。これにより、円筒部のうち羽根部の根元部に連続する部分の熱容量は、根元部の熱容量に近い値となる。これにより、例えば、高温状態の撹拌ファンに、熱処理が施される被処理品からの冷気が接触した場合でも、円筒部の温度と、羽根部の根元部の温度との差を、より小さくできる。即ち、円筒部と羽根部の根元部との間の温度勾配を、より小さくできる。よって、羽根部の根元部に生じる熱応力を、小さくできる。その上、円筒部は、外周面に加え、内周面を有しており、大きな表面積を有している。即ち、円筒部は、羽根部と同様に、大きな表面積を確保できる。このため、高温状態の撹拌ファンに、被処理品からの冷気が接触した場合に、円筒部が冷やされる速度を、根元部が冷やされる速度に近くできる。よって、円筒部と羽根部の根元部との間の温度勾配を、より一層小さくできる。特に、円筒部の厚みを、根元部の厚みの１００％とすることにより、上記の温度勾配を格段に小さくできるという、顕著な効果を発揮できる。これにより、羽根部の根元部に生じる熱応力を、極めて小さくできるので、ファンの寿命を、より長くできる。また、円筒部の厚みの範囲を、上記の下限から上限の間に設定している。これにより、円筒部の厚みを、根元部の厚みと同じとした場合と実質的に同様の効果を発揮できる。
【００１０】
しかも、円筒部は、中空形状であるので軽量である。したがって、撹拌ファンを軽量化できる。これにより、撹拌ファンを支持する軸受等の支持部材への負荷を小さくできる。よって、撹拌ファンを含む熱処理装置全体としての寿命を、より長くできる。
【００１１】
従って、本発明によると、熱処理装置用の撹拌ファンにおいて、寿命をより長くでき、且つ、軽量化を達成できる。
【００１２】
（２）さらに、各前記羽根部は、前記軸部の前記一端面に連続する一縁部と、この一縁部とは前記軸方向に離隔して配置された他縁部と、を有する。前記他縁部と前記孔部との最短距離は、前記軸部のうち前記羽根固定部に隣接する前記主軸本体の半径以上に設定されている。
【００１３】
この構成によると、羽根部と軸部との結合強度を、十分に確保することができる。このため、撹拌ファンが高速で回転した場合でも、羽根部の遠心力に起因して羽根部の根元部に生じる引張応力は、過度に大きくならずに済む。したがって、撹拌ファンの許容回転数を、十分に高くできる。即ち、撹拌ファンの高速回転によって、熱処理装置内における高温のガスを、十分に撹拌できる。
【００１４】
（３）好ましくは、前記羽根固定部と各前記羽根部とは、鋳造又は溶接によって互いに一体に形成されている。
【００１５】
この構成によると、熱応力に起因するクラックの生じやすい鋳造の撹拌ファンにおいて、クラックの発生を抑制することができる。同様に、熱応力に起因するクラックの生じやすい溶接部分を有する撹拌部材において、クラックの発生を抑制することができる。
【００１６】
（４）この発明のある局面に係わる熱処理装置は、被処理品を熱処理するための処理室と、前記撹拌ファンと、を備えている。前記撹拌ファンは、前記処理室内に配置されている。
【００１７】
この構成によると、羽根固定部に、円筒部を形成している。これにより、円筒部のうち羽根部の根元部に連続する部分の熱容量は、根元部の熱容量に近く値となる。これにより、例えば、高温状態の撹拌ファンに、熱処理が施される被処理品からの冷気が接触した場合でも、円筒部の温度と、羽根部の根元部の温度との差を、より小さくできる。即ち、円筒部と羽根部の根元部との間の温度勾配を、より小さくできる。よって、羽根部の根元部に生じる熱応力を、小さくできる。その上、円筒部は、外周面に加え、内周面を有しており、大きな表面積を有している。即ち、円筒部は、羽根部と同様に、大きな表面積を確保できる。このため、高温状態の撹拌ファンに、被処理品からの冷気が接触した場合に、円筒部が冷やされる速度を、根元部が冷やされる速度に近くできる。よって、円筒部と羽根部の根元部との間の温度勾配を、より一層小さくできる。特に、円筒部の厚みを、根元部の厚みの１００％とすることにより、上記の温度勾配を格段に小さくできるという、顕著な効果を発揮できる。これにより、羽根部の根元部に生じる熱応力を、極めて小さくできるので、ファンの寿命をより長くできる。また、円筒部の厚みの範囲を、上記の下限から上限の間に設定している。これにより、円筒部の厚みを、根元部の厚みと同じとした場合と実質的に同様の効果を発揮できる。
【００１８】
しかも、円筒部は、中空形状であるので軽量である。したがって、撹拌ファンを軽量化できる。これにより、撹拌ファンを支持する軸受等の支持部材への負荷を小さくできる。よって、撹拌ファンを含む熱処理装置全体としての寿命を、より長くできる。
【００１９】
従って、本発明によると、熱処理装置において、寿命をより長くでき、且つ、軽量化を達成できる。
【００２０】
（５）好ましくは、前記処理室内に配置され、被処理品を受けるための受け部を更に備える。前記撹拌ファンは、前記円筒部と前記受け部とが向かい合う姿勢で配置されている。
【００２１】
この構成によると、受け部に受けられている被処理品からの冷気は、撹拌ファンのうち、主に円筒部、及び羽根部の根元部に伝わる。撹拌ファンが高温の状態であっても、上記の冷気に起因して、円筒部と羽根部との間で生じる温度勾配は、小さくて済む。したがって、撹拌ファンと被処理品との温度差が大きい場合でも、羽根部の根元部に生じる熱応力を小さくできる。よって、撹拌ファンの寿命を、より長くできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、熱処理装置用の撹拌ファンにおいて、寿命をより長くでき、且つ、軽量化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の模式的な側面図であり、一部を切断した状態を示している。
【図２】撹拌ファンの斜視図であり、撹拌ファンを一端側から見た状態を示している。
【図３】撹拌ファンの斜視図であり、撹拌ファンを他端側から見た状態を示している。
【図４】撹拌ファンの側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】撹拌ファンの底面図であり、撹拌ファンの主要部を、撹拌ファンの軸方向から見た状態を示している。
【図７】本発明の変形例について説明するための主要部の断面図である。
【図８】実施例及び比較例の断面図である。
【図９】実施例及び比較例のそれぞれの温度に関する結果を示すグラフである。
【図１０Ａ】実施例及び比較例のそれぞれについて、羽根部における根元部の一端部の応力を比較した結果を示すグラフである。
【図１０Ｂ】実施例及び比較例のそれぞれについて、羽根部における根元部の他端部の応力を比較した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、熱処理装置用の撹拌用ファンとして広く適用することができる。
【００２５】
［熱処理装置の概略］
図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置１の模式的な側面図であり、一部を切断した状態を示している。図１を参照して、熱処理装置１は、被処理品１００を熱処理するために設けられている。この熱処理として、浸炭処理、焼入処理、焼戻処理、窒化処理、焼鈍処理等を例示することができる。本実施形態では、熱処理装置１が、ガス浸炭処理炉である場合を例に説明する。また、本実施形態では、被処理品１００は、金属部品である。熱処理装置１は、容器１０１に収容された複数の被処理品１００を、浸炭処理するように構成されている。
【００２６】
また、熱処理装置１は、バッチ式の熱処理装置として設けられている。具体的には、熱処理装置１は、一定量の被処理品１００を一括して収容した状態で、当該被処理品１００を熱処理する。当該熱処理後は、上記被処理品１００は、熱処理装置１から、一括して排出される。
【００２７】
熱処理装置１は、処理室２と、入口扉３と、出口扉４と、搬送装置５と、ヒータ６と、撹拌ファン７と、を備えている。
【００２８】
処理室２は、箱状に形成されている。処理室２は、被処理品１００を収容可能に構成されており、且つ、被処理品１００を熱処理するためのガスを供給されるように構成されている。このガスとして、アセチレン、エチレン等を例示することができる。処理室２は、入口８と、出口９と、を有している。
【００２９】
処理室２の入口８は、入口扉３によって開閉可能である。被処理品１００を収容した容器１０１は、入口８を通して、処理室２の外部から、処理室２の内部へ搬送される。処理室２の出口９は、出口扉４によって開閉可能である。処理室２内の容器１０１及び被処理品１００は、出口９を通して、処理室２の内部から、処理室２の外部へ搬送される。
【００３０】
入口扉３及び出口扉４は、処理室２内で被処理品１００の熱処理が行われている際には、閉じられている。容器１０１及び被処理品１００は、搬送装置５によって、処理室２内を搬送される。
【００３１】
搬送装置５は、搬送部材及び受け部としてのローラ１０を、複数有している。複数のローラ１０は、処理室２内において、入口８と出口９との間に配置されている。複数のローラ１０は、入口８から出口９に向かう方向としての搬送方向Ａ１に沿って、間隔を隔てて配置されている。被処理品１００を収容した容器１０１は、複数のローラ１０上を、搬送方向Ａ１に搬送される。被処理品１００は、ローラ１０によって、処理室２内で受けられる。この状態で、被処理品１００は、ヒータ６によって、加熱される。
【００３２】
ヒータ６は、例えば、電熱ヒータであり、処理室２内のガスを加熱するように構成されている。被処理品１００の熱処理時、ヒータ６は、処理室２内のガスを、１０００℃程度まで加熱する。この温度は、好ましくは約８００℃であり、より好ましくは、約９００℃である。
【００３３】
本実施形態では、ヒータ６は、処理室２内に配置された部分を有している。この部分は、蛇行状に配置されており、処理室２内において、搬送方向Ａ１に進んだ場合に、上下に蛇行している。搬送方向Ａ１における、入口８と出口９の中間領域１１において、ヒータ６は、処理室２内の上側部分に位置している。この中間領域１１には、撹拌ファン７が配置されている。
【００３４】
撹拌ファン７は、処理室２内のガスを撹拌するために設けられている。撹拌ファン７によって、処理室２内の被処理品１００の迅速な昇温、又は冷却を行うことができる。また、撹拌ファン７によって、処理室２内のガスの温度分布を、より均等にすることができる。
【００３５】
撹拌ファン７は、処理室２の上部に配置されている。被処理品１００は、熱処理される際に、撹拌ファン７の下方に配置される。撹拌ファン７は、処理室２によって、回転可能に支持されている。また、撹拌ファン７は、図示しない電動モータ等の駆動装置によって、回転される。駆動装置の駆動によって、撹拌ファン７は、回転し、処理室２内のガスを撹拌する。
【００３６】
上記の構成を有する熱処理装置１で被処理品１００が熱処理される場合、まず、入口扉３が開かれる。次に、被処理品１００を収容した容器１０１が、入口８から処理室２内へ投入される。この場合、容器１０１の温度及び被処理品１００の温度は、例えば、常温であり、２０℃程度である。容器１０１及び被処理品１００は、搬送装置５によって、搬送方向Ａ１に搬送され、撹拌ファン７の下方に配置される。
【００３７】
次に、入口扉３及び出口扉４が閉じられた状態で、ヒータ６に電力が供給される。これにより、処理室２内のガスが加熱される。また、撹拌ファン７が回転される。これにより、処理室２内のガスが撹拌される。これにより、処理室２内のガスの濃度分布が均され、且つ、処理室２内のガスの温度が、均される。
【００３８】
処理室２内の温度は、前述した温度まで上昇される。これにより、被処理品１００が、熱処理される。熱処理が完了した後、出口扉４が開かれる。更に、搬送装置５が動作する。これにより、容器１０１は、出口９を通して処理室２の外部へ排出される。
【００３９】
［撹拌ファンの詳細な構成］
図２は、撹拌ファン７の斜視図であり、撹拌ファン７を一端側から見た状態を示している。図３は、撹拌ファン７の斜視図であり、撹拌ファン７を他端側から見た状態を示している。図４は、撹拌ファン７の側面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図６は、撹拌ファン７の底面図であり、撹拌ファン７の主要部を、撹拌用ファン７の軸方向から見た状態を示している。
【００４０】
図２〜図６を参照して、本実施形態では、撹拌ファン７は、遠心ファンであり、撹拌ファン７の径方向Ｒ１の外方に向かう風を発生するように構成されている。尚、以下では、撹拌ファン７の軸方向Ｓ１を、単に「軸方向Ｓ１」という。本実施形態では、軸方向Ｓ１と平行な方向も、軸方向Ｓ１という。また、撹拌ファン７の径方向Ｒ１を、単に「径方向Ｒ１」という。また、撹拌ファン７の周方向Ｃ１を、単に「周方向Ｃ１」という。本実施形態では、軸方向Ｓ１は、鉛直方向であり、径方向Ｒ１は、水平方向である。
【００４１】
撹拌ファン７は、耐熱鋼等の金属材料によって形成されている。撹拌ファン７の製法は、特に限定されない。例えば、撹拌ファン７は、溶融した金属材料を、型に流し込むことにより、形成することができる。より具体的には、撹拌ファン７は、金型鋳造法、ロストワックス法等によって、形成することができる。本実施形態では、撹拌ファン７は、金型鋳造によって、形成されている。
【００４２】
撹拌ファン７の回転速度は、例えば、１００ｒｐｍ〜１６００ｒｐｍに設定されている。撹拌ファン７の回転速度が上記の下限以上であれば、撹拌ファン７が発生する風量を、十分に大きくできる。尚、撹拌ファン７の回転速度の下限は、５００ｒｐｍであることが、より好ましい。また、撹拌ファン７の回転速度が上記の上限以下であれば、撹拌ファン７の後述する羽根部４０の遠心力が過度に大きくなることを抑制できる。その結果、撹拌ファン７の引張応力が過度に大きくなることを抑制できるので、撹拌ファン７の寿命を、より長くできる。また、撹拌ファン７は、質量バランス調整作業を経て完成している。これにより、撹拌ファン７の回転時に振動が生じることは、抑制されている。
【００４３】
撹拌ファン７は、軸部２０と、複数の羽根部４０と、を有している。
【００４４】
軸部２０は、軸方向Ｓ１に細長く延びる部材として設けられている。軸部２０は、軸方向Ｓ１から見た外郭形状が、円形である。
【００４５】
軸部２０は、主軸部２１と、羽根固定部２２と、を有している。
【００４６】
主軸部２１は、中実の柱状に形成されている。即ち、主軸部２１は、内部が詰まった柱状の部材として設けられている。主軸部２１は、一端部２３と、主軸本体２４と、テーパ状部２５と、他端部２６と、を有している。軸方向Ｓ１に沿って、他端部２６と、テーパ状部２５と、主軸本体２４と、一端部２３とが、この順に配列されている。
【００４７】
他端部２６は、軸方向Ｓ１における主軸部２１の他端部を構成しており、且つ、撹拌ファン７の他端部を構成している。他端部２６は、円柱形状に形成されている。この他端部２６は、図示しない電動モータからの駆動力を入力されるように構成されている。他端部２６は、テーパ状部２５と連続している。テーパ状部２５は、円錐台形状に形成されている。テーパ状部２５の直径は、一端部２３側に向かうに従い、大きくされている。テーパ状部２５は、主軸本体２４と連続している。
【００４８】
主軸本体２４は、円柱状に形成されており、軸方向Ｓ１に細長く延びている。主軸本体２４の外周面は、軸受２７，２７と嵌合している。軸受２７は、１又は複数設けられる。本実施形態では、軸受２７は、２つ設けられている。これらの軸受２７，２７は、軸方向Ｓ１に互いに離隔した状態で、配置されている。各軸受２７，２７は処理室２の軸受保持部１２（図１及び図４参照）に保持されている。これにより、撹拌ファン７は、軸受２７，２７を介して、処理室２に回転可能に支持されている。撹拌ファン７の回転方向は、周方向Ｃ１の一方である。主軸本体２４は、一端部２３と連続している。
【００４９】
一端部２３は、羽根部４０側に進むに従い、径方向Ｒ１の外方に延びる部分として設けられている。一端部２３は、略円錐台状に形成されている。より具体的には、一端部２３は、円錐台の外周部のうち、軸方向Ｓ１における中間部を径方向Ｒ１の内方に窪ませた形状に形成されている。一端部２３の直径は、羽根固定部２２に近い部分ほど、大きくされている。一端部２３と主軸本体２４との境界部分では、一端部２３の直径と、主軸本体２４の直径とは、一致している。一端部２３の一端２３ａは、羽根固定部２２の他端２２ａと連続している。
【００５０】
羽根固定部２２は、複数の羽根部４０を固定するために設けられている。即ち、羽根固定部２２は、羽根部４０と結合されている部分として設けられている。羽根固定部２２は、主軸部２１の一端部を形成している。軸方向Ｓ１において、羽根固定部２２の長さは、主軸本体２４の長さよりも短く設定されている。
【００５１】
羽根固定部２２は、中実部２８と、円筒部２９と、を有している。中実部２８及び円筒部２９は、軸方向Ｓ１に沿って、上記の順に並んでいる。
【００５２】
中実部２８は、羽根部４０との十分な結合強度を確保するために設けられている。具体的には、中実部２８は、金属材料が詰まった部分として設けられている。即ち、中実部２８は、孔が形成されていない部分として設けられている。中実部２８は、一端部２３と連続している。中実部２８は、軸方向Ｓ１に延びる円柱状に形成されている。中実部２８は、円筒部２９と連続している。
【００５３】
円筒部２９は、処理室２内のローラ１０（図１参照）と向かい合うように配置されている。ローラ１０上の容器１０１と、円筒部２９との距離は、鉛直方向において、例えば、１０ｃｍ程度である。円筒部２９は、羽根部４０に生じる熱応力を低減するための中空部分として設けられている。
【００５４】
円筒部２９は、軸方向Ｓ１に延びる孔部３０を有している。孔部３０は、円筒部２９の一端面２９ａ、即ち、軸部２０の一端面に開放されており、当該一端面２９ａから中実部２８に向かって、軸方向Ｓ１の他方Ｓ３に延びている。孔部３０は、円柱状の空間を形成している。孔部３０の他端部は、テーパ状に形成されており、中実部２８に近い部分ほど、直径が小さく設定されている。孔部３０の底面３０ａは、軸方向Ｓ１と直交するように延びている。
【００５５】
円筒部２９の厚みＴ１は、円筒部２９の外周面２９ｂと、内周面２９ｃとの間の間隔として定義される。本実施形態では、厚みＴ１は、外周面２９ｂと、内周面２９ｃとの間の最小間隔を示す。また、厚みＴ１は、径方向Ｒ１に沿った、外周面２９ｂ及び内周面２９ｃ間の間隔を示す。本実施形態では、円筒部２９の厚みＴ１は、約１５ｍｍに設定されている。また、円筒部２９の外径ｄ１は、約１００ｍｍに設定されている。外径ｄ１は、外周面２９ｂの直径である。円筒部２９の内径ｄ２（孔部３０の直径）は、約７０ｍｍに設定されている。内径ｄ２は、内周面２９ｃの直径である。
【００５６】
本実施形態では、軸方向Ｓ１に関して、円筒部２９の長さｌｅ１は、中実部２８の長さｌｅ２よりも大きく設定されている。尚、軸方向Ｓ１に関して、円筒部２９の長さｌｅ１は、中実部２８の長さｌｅ２と同じでもよいし、中実部２８の長さｌｅ２よりも小さくてもよい。上記の構成を有する羽根固定部２２は、複数の羽根部４０を固定している。
【００５７】
本実施形態では、羽根部４０は、径方向Ｒ１の外方に向かう風を発生させるために設けられている。羽根部４０は、周方向Ｃ１に等間隔に複数設けられており、羽根固定部２２から放射状に延びている。本実施形態では、羽根部４０は、４つ設けられている。これらの羽根部４０の構成は同様である。
【００５８】
羽根部４０は、板状に形成されており、径方向Ｒ１のうちの一方向に沿って延び、且つ、軸方向Ｓ１に延びている。径方向Ｒ１のうちの上記一方向は、羽根部４０の長手方向Ｌ１として定義される。長手方向Ｌ１における、羽根部４０の先端と、撹拌ファン７の中心軸線Ｂ１との間の距離、即ち、撹拌ファン７の半径は、２５０ｍｍ程度に設定されている。羽根部４０の厚み方向は、周方向Ｃ１と略一致している。
【００５９】
羽根部４０の厚みは、羽根部４０の根元部４１において最も大きく設定されている。長手方向Ｌ１における羽根部４０の中間部４２の厚みは、根元部４１の厚み以下に設定されている。羽根部４０の厚みは、羽根部４０の先端部４３に近づくに従い小さくなるように設定されている。
【００６０】
羽根部４０の根元部４１は、羽根固定部２２に連続している。軸方向Ｓ１における根元部４１の他端部４５は、中実部２８の外周部に固定されている。軸方向Ｓ１における根元部４１の中間部及び一端部４４は、円筒部２９の外周部に固定されている。
【００６１】
羽根部４０の一側面４６及び他側面４７は、根元部４１において湾曲状であり、応力集中が生じ難くされている。一方、一側面４６及び他側面４７は、中間部４２及び先端部４３において平面状である。一側面４６及び他側面４７において、湾曲状から平面状に移行する部分が、根元部４１と中間部４２との境界部５０である。境界部５０は、根元部４１の先端でもある。また、一側面４６及び他側面４７には、先端部４３において、突起部４８，４９が設けられている。
【００６２】
図６を参照して、本実施形態では、羽根部４０の根元部４１の厚みＴ２は、境界部５０の厚みをいう。即ち、根元部の厚みＴ２は、根元部４１の先端の厚みをいう。換言すれば、根元部４１の厚みＴ２は、羽根部４０のなかで熱応力が最大となる部分の厚みをいう。
【００６３】
本実施形態では、円筒部２９の厚みＴ１は、根元部４１の厚みＴ２の７５％〜１２５％の範囲に設定されている。円筒部２９の厚みＴ１を、根元部４１の厚みＴ２の１００％（Ｔ１＝Ｔ２）とすることにより、円筒部２９と根元部４１との間の温度差を、格段に小さくできる。換言すれば、円筒部２９のうち根元部４１に連続する部分の熱容量と、根元部４１の熱容量とを、極めて近い値にできる。
【００６４】
また、円筒部２９の厚みＴ１を、根元部４１の厚みＴ２の７５％に設定した場合も、Ｔ１＝Ｔ２に設定した場合と実質的に同じ厚みであり、上記と同様の効果を発揮できる。尚、上記の下限値は、撹拌ファン７を製造する際の、厚みＴ１の寸法公差の下限値に相当する。即ち、撹拌ファン７の製造時において、根元部４１の厚みＴ２の７５％が、円筒部２９の厚みＴ１の下限許容値である。
【００６５】
また、円筒部２９の厚みＴ１を、根元部４１の厚みの１２５％に設定した場合も、Ｔ１＝Ｔ２に設定した場合と実質的に同じ厚みであり、上記と同様の効果を発揮できる。尚、上記の上限値は、撹拌ファン７を製造する際の、厚みＴ１の寸法公差の上限値に相当する。即ち、撹拌ファン７の製造時において、根元部４１の厚みＴ２の１２５％が、円筒部２９の厚みＴ１の上限許容値である。
【００６６】
図２〜図５を参照して、軸方向Ｓ１における羽根部４０の長さは、羽根部４０の先端部４３に進むに従い、連続的又は段階的に小さくされている。具体的には、羽根部４０は、一縁部５１と、他縁部５２と、を有している。一縁部５１は、軸方向Ｓ１における羽根部４０の一端側の縁部をいう。また、他縁部５２は、軸方向Ｓ１における羽根部４０の他端側の縁部をいう。
【００６７】
羽根部４０の一縁部５１は、本実施形態では、軸方向Ｓ１と直交する方向に延びる、平面状に形成されている。一縁部５１は、円筒部２９の一端面２９ａと連続しており、また、一端面２９ａと同一平面上に並んでいる。
【００６８】
他縁部５２は、一縁部５１とは、軸方向Ｓ１に離隔して配置されている。他縁部５２は、曲面状部分及び平面状部分を含む縁部である。他縁部５２は、第１部分５３と、第２部分５４と、第３部分５５と、第４部分５６と、第５部分５７と、を有している。
【００６９】
第１部分５３は、根元部４１の他縁部として設けられている。第１部分５３は、円弧面形状に形成されている。第１部分５３の曲率中心Ｅ１は、第１部分５３に対して軸方向Ｓ１の他方Ｓ３側に位置している。第１部分５３は、軸部２０から遠ざかるに従い、軸方向Ｓ１の一方Ｓ２側に進んでおり、一縁部５１に近づくように延びている。第１部分５３は、他縁部５２のうち、円筒部２９の孔部３０との距離が、最も短い部分である。
【００７０】
本実施形態では、第１部分５３（他縁部５２）と孔部３０との最短距離Ｔ３は、羽根固定部２２に隣接する、主軸部２１の主軸本体２４の半径ｒ１以上に設定されている（Ｔ３≧ｒ１）。主軸本体２４は、軸方向Ｓ１の一方Ｓ２側の軸受２７と、羽根部４０との間において、軸径が最も小さい部分である。本実施形態では、主軸本体２４の半径ｒ１は、約３０ｍｍに設定されている。このように、最短距離Ｔ３は、軸部２０のうち羽根固定部２２に隣接する主軸部２１における、主軸本体２４の半径ｒ１以上に設定されている。
【００７１】
本実施形態では、最短距離Ｔ３は、半径ｒ１と同じ値に設定されている（Ｔ３＝ｒ１）。最短距離Ｔ３＝半径ｒ１が実現するように、孔部３０の深さ、形状及び孔部３０の底面３０ａの直径が規定されている。第１部分５３は、主軸部２１の一端部２３の外周面と、滑らかに連続している。また、第１部分５３は、第２部分５４と滑らかに連続している。
【００７２】
第２部分５４は、羽根部４０の中間部４２における他縁部の一部として設けられている。第２部分５４は、円弧面形状に形成されている。第２部分５４の曲率中心は、第１部分５３の曲率中心Ｅ１と一致している。第２部分５４は、軸部２０から遠ざかるに従い、軸方向Ｓ１の一方Ｓ２側に進んでおり、一縁部５１に近づくように延びている。第２部分５４は、第３部分５５と滑らかに連続している。
【００７３】
第３部分５５は、羽根部４０の中間部４２における他縁部の一部として設けられている。第３部分５５は、一縁部５１と平行に延びている。本実施形態では、長手方向Ｌ１において、第３部分５５の長さは、第１部分５３の長さ、第２部分５４の長さ、第４部分５６の長さ、及び第５部分５７の長さの何れよりも大きく設定されている。第３部分５５は、第４部分５６と連続している。
【００７４】
第４部分５６は、羽根部４０の中間部４２における他縁部５２の一部として設けられている。第４部分５６は、一縁部５２に対して傾斜するように延びている。第４部分５６は、羽根部４０の先端部４３に近づくに従い、一縁部５１との距離が短くなるように傾斜している。第２部分５４、第３部分５５及び第４部分５６によって、中間部４２の一縁部が形成されている。第４部分５６は、第５部分５７と連続している。
【００７５】
第５部分５７は、羽根部４０の先端部４３の他縁部として設けられている。第５部分５７は、第４部分５６と同一平面上に並ぶ平面に形成されている。
【００７６】
熱処理装置１による熱処理時、撹拌ファン７において生じる応力は、羽根部４０の根元部４１の一端部４４及び他端部４５において、最も大きくなる傾向にある。
【００７７】
以上説明したように、熱処理装置１によると、羽根部固定部２２に円筒部２９を形成している。これにより、円筒部２９のうち羽根部４０の根元部４１に連続する部分の熱容量は、根元部４１の熱容量に近い値となる。例えば、高温状態の撹拌ファン７に、常温の被処理品１００からの冷気が接触した場合でも、円筒部２９の温度と、羽根部４０の根元部４１の温度との差を、より小さくできる。即ち、円筒部２９と羽根部４０の根元部４１との間の温度勾配を、より小さくできる。よって、羽根部４０の根元部４１に生じる熱応力を、小さくできる。その上、円筒部２９は、外周面２９ｂに加え、内周面２９ｃを有しており、大きな表面積を有している。即ち、円筒部２９は、羽根部４０と同様に、大きな表面積を確保できる。このため、高温状態の撹拌ファン７に、被処理品１００からの冷気が接触した場合に、円筒部２９が冷やされる速度を、根元部４１が冷やされる速度に近くできる。よって、円筒部２９と、羽根部４０の根元部４１との間の温度勾配を、より一層小さくできる。特に、円筒部２９の厚みＴ１を、根元部４１の厚みＴ２の１００％とすることにより、上記の温度勾配を格段に小さくできるという、顕著な効果を発揮できる。これにより、羽根部４０の根元部４１に生じる熱応力を極めて小さくできるので、撹拌用ファン７の寿命を、より長くできる。また、円筒部２９の厚みＴ１の範囲を、前述の下限から上限の間に設定している。これにより、円筒部２９の厚みＴ１を、根元部４１の厚みＴ２と同じとした場合と実質的に同様の効果を発揮できる。
【００７８】
しかも、円筒部２９は、中空形状であるので軽量である。したがって、撹拌ファン７を軽量化できる。これにより、撹拌ファン７を支持する軸受２７，２７への負荷を小さくできる。よって、撹拌ファン７を含む熱処理装置１全体としての寿命を、より長くできる。
【００７９】
従って、熱処理装置１の撹拌ファン７において、寿命をより長くでき、且つ、軽量化を達成できる。
【００８０】
また、撹拌ファン７の寿命をより長くできる結果、撹拌ファン７を交換する回数を少なくできる。このため、熱処理装置１を停止する頻度を、より少なくできる。その結果、熱処理装置１の運営にかかるコストを、より低減できる。
【００８１】
また、熱処理装置１によると、羽根部４０の他縁部５２と、円筒部２９の孔部３０との最短距離Ｔ３は、主軸部２１の主軸本体２４の半径ｒ１以上に設定されている。これにより、羽根部４０と軸部２０との結合強度を、十分に確保することができる。このため、撹拌ファン７が高速で回転した場合でも、羽根部４０の遠心力に起因して羽根部４０の根元部４１に生じる引張応力は、過度に大きくならずに済む。したがって、撹拌ファン７の許容回転数を、十分に高くできる。即ち、撹拌ファン７の高速回転によって、処理室２内の高温のガスを、十分に撹拌できる。
【００８２】
また、熱処理装置１によると、羽根固定部２２と羽根部４０とは、鋳造よって互いに一体に形成されている。このように、熱応力に起因するクラックの生じやすい鋳造の撹拌ファン７において、クラックの発生を抑制することができる。
【００８３】
また、熱処理装置１によると、撹拌用ファン７は、円筒部２９とローラ１０とが向かい合う姿勢で配置されている。この構成によると、ローラ１０に受けられている被処理品１００からの冷気は、撹拌ファン７のうち、主に円筒部２９、及び羽根部４０の根元部４１に伝わる。撹拌ファン７が高温の状態であっても、上記の冷気に起因して、円筒部２９と羽根部４０との間で生じる温度勾配は、小さくて済む。したがって、撹拌ファン７と被処理品１００との温度差が大きい場合でも、羽根部４０の根元部４１に生じる熱応力を小さくできる。よって、撹拌ファン７の寿命を、より長くできる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
【００８５】
（１）上述の実施形態では、撹拌ファン７の各部の寸法を、適宜例示したけれども、この通りでなくてもよい。撹拌ファン７の各部の寸法は、例示した値に限定されない。
【００８６】
（２）上述の実施形態では、撹拌ファン７の円筒部２９の孔部３０は、円筒状に形成されていたけれども、この通りでなくてもよい。孔部３０の形状は、特に限定されず、例えば、孔部３０の形状は、円錐状であってもよい。
【００８７】
（３）また、羽根部４０の形状は、特に限定されない。例えば、羽根部４０の一縁部５１は、曲線状に形成された部分を含んでいてもよい。また、羽根部４０の他縁部５２は、単一平面であってもよい。
【００８８】
（４）また、上述の実施形態では、羽根部４０の他縁部５２と、円筒部２９の孔部３０との最短距離Ｔ３は、主軸部２１の主軸本体２４の半径ｒ１以上である形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、最短距離Ｔ３は、半径ｒ１未満であってもよい。また、最短距離Ｔ３を、中実部２８の一端の半径又は中実部２８の他端の半径以上となるように設定してもよい。
【００８９】
（５）また、上述の実施形態では、撹拌ファン７の全体を、鋳造によって一体成形する形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、図７に示すように、羽根部４０Ａと羽根固定部２２Ａとを別部材として形成し、これら羽根部４０Ａと羽根固定部２２Ａとを、溶接によって互いに一体に形成してもよい。この場合、溶接部６０は、羽根部４０Ａの根元部４１Ａと、羽根固定部２２Ａの外周面とを、連結している。この場合、熱応力に起因するクラックの生じやすい溶接部６０を有する撹拌ファン７Ａにおいて、クラックの発生を抑制することができる。
【００９０】
（６）尚、撹拌ファン７の製造方法は、特に限定されない。例えば、撹拌ファン７は、金属塊に切削加工を施すことによって、形成されてもよいし、鍛造によって形成されてもよい。
【００９１】
（７）また、上述の実施形態では、撹拌ファン７は、遠心ファンである形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、撹拌ファン７は、軸流ファンであってもよい。軸流ファンは、捻れた形状の羽根部を有しており、当該軸流ファンの軸方向に向けて送風することが可能である。
【００９２】
（８）また、上述の実施形態では、撹拌ファン７は、被処理品１００の上方に配置される形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、撹拌ファン７は、被処理品１００の側方、又は下方に配置されてもよい。また、撹拌ファン７の向きは、特に限定されない。
【００９３】
（９）また、本実施形態では、熱処理装置１が、バッチ式の熱処理装置である形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。本発明は、連続式の熱処理装置用の撹拌ファンとして用いることができる。連続式の熱処理装置の場合には、搬送方向に沿って、複数の撹拌ファンが配置されることとなる。
【００９４】
（１０）また、熱処理装置１は、被処理品１００を窒化処理してもよい。この場合、ヒータ６は、処理室２内のガスを、５００℃以上に加熱する。
【実施例】
【００９５】
［実施例の作製］
上記実施形態の図２〜図６に示す撹拌ファン７と同じ形状の撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、図８に示す実施例を作製した。即ち、実施例における、円筒部の外径、内径（孔部の直径）、円筒部の厚み、及び羽根部の根元部の厚みのそれぞれが、撹拌用ファン７の対応する値と同じに設定されている。
【００９６】
［比較例の作製］
羽根固定部の全てを中実部で形成した以外は、実施例と同様の構成を有する撹拌ファンを、コンピュータ上でモデル化することにより、図８に示す比較例を作製した。即ち、比較例は、円筒部を有していない。
【００９７】
［実験条件］
実施例について、下記に示す条件で、有限要素法を用いたコンピュータシミュレーションを実行した。
条件：羽根固定部が９３０℃に加熱された状態で、羽根固定部の真下に、２５℃の被処理品を配置した場合を想定。実施例の回転速度は、１０５０ｒｐｍで一定である。そして、被処理品が設置されてから３分後における、実施例の各部の温度、及び応力を算出した。尚、本実施例における応力は、ミーゼス応力である。
【００９８】
比較例についても、上記と同様の条件で、比較例の各部の温度、及び応力を算出した。
【００９９】
［計算結果］
結果を、図９、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。図８及び図９を参照して、比較例では、羽根固定部の熱容量が大きく、羽根固定部の中心部が、羽根固定部の中で最も高温であった。羽根固定部と、羽根部の根元部との温度差は、最大で約５０℃に達した。一方で、実施例では、羽根固定部のうち、孔部の底部が、羽根固定部の中で最も高温であった。しかしながら、羽根固定部の円筒部の熱容量が小さい結果、羽根固定部と、羽根部の根元部との温度差は、最大でも約１０℃に過ぎなかった。このように、実施例では、温度変化が生じている場合でも、温度勾配を格段に小さくできることが、実証された。
【０１００】
また、応力に関しては、実施例及び比較例のそれぞれについて、最も応力の大きくなる部分を、２箇所抽出し、その結果を説明する。具体的には、実施例と比較例のそれぞれについて、羽根部の根元部における一端部及び他端部の応力を、説明する。
【０１０１】
図８及び図１０Ａを参照して、羽根部における根元部の一端部の応力は、比較例での数値を１とすると、実施例では、約０．７３である。よって、実施例における根元部の一端部の応力は、比較例における根元部の一端部の応力よりも、約３０％も低減されていることが、実証された。
【０１０２】
また、図８及び図１０Ｂを参照して、羽根部における根元部の他端部の応力は、比較例での数値を１とすると、実施例では、約０．７３である。よって、実施例における根元部の他端部の応力は、比較例における根元部の他端部の応力よりも、約３０％も低減されていることが、実証された。したがって、実施例における応力の最大値は、比較例における応力の最大値の約７０％に過ぎない。よって、実施例は、優れた応力低減効果を発揮できることが実証された。
【０１０３】
即ち、実施例では、回転中に温度変化が生じている場合でも、内部応力を格段に小さくできることが、実証された。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、熱処理装置用の撹拌ファン、及び熱処理装置として、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  熱処理装置
２  処理室
７，７Ａ  撹拌ファン
１０  ローラ（受け部）
２０  軸部
２２，２２Ａ  羽根固定部
２４  主軸本体（軸部のうち羽根固定部に隣接する部分）
２９  円筒部
２９ａ  円筒部の一端面（軸部の一端面）
３０  孔部
４０，４０Ａ  羽根部
４１，４１Ａ  根元部
５１  一縁部
５２  他縁部
１００  被処理品
ｒ１  半径
Ｓ１  軸方向
Ｔ１  円筒部の厚み
Ｔ２  根元部の厚み
Ｔ３  最短距離
【図１】
0005563027.tif 000002
【図２】
0005563027.tif 000003
【図３】
0005563027.tif 000004
【図４】
0005563027.tif 000005
【図５】
0005563027.tif 000006
【図６】
0005563027.tif 000007
【図７】
0005563027.tif 000008
【図８】
0005563027.tif 000009
【図９】
0005563027.tif 000010
【図１０Ａ】
0005563027.tif 000011
【図１０Ｂ】
0005563027.tif 000012